銅坑礦壓風(fēng)自救系統(tǒng)設(shè)計(jì)

盧海川

(廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦， 廣西 河池市 547000)

0 引 言

銅坑錫礦是全國有名的大型地下錫礦床，開采歷史悠久，開采深度大，巷道四通八達(dá)，井下作業(yè)人員多。銅坑錫礦細(xì)脈帶礦體含硫高，二氧化硫等有毒氣體逸出量大，威脅井下作業(yè)人員的安全[1]。

壓風(fēng)自救系統(tǒng)是礦山六大系統(tǒng)的重要組成部分[2￣3]。壓風(fēng)自救系統(tǒng)利用礦井的壓風(fēng)風(fēng)源，在礦井發(fā)生災(zāi)變情況時(shí)，利用風(fēng)壓自救裝備及時(shí)向?yàn)?zāi)區(qū)提供新鮮空氣，使受災(zāi)害威脅的人員達(dá)到安全自救的目的。壓風(fēng)自救系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、井下壓風(fēng)管路、壓風(fēng)自救裝置等組成。一般要在地面建立壓風(fēng)機(jī)房。設(shè)計(jì)建立壓風(fēng)自救系統(tǒng)對保障井下作業(yè)人員的安全具有重要意義[4￣7]。

1 銅坑礦供風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 壓風(fēng)機(jī)站及主要機(jī)械設(shè)備

銅坑礦供風(fēng)系統(tǒng)由地面壓風(fēng)機(jī)站和井下空壓機(jī)組成?？偣╋L(fēng)能力為649.5 m3/min。銅坑礦壓風(fēng)機(jī)站布置在距2#豎井東側(cè)約50 m的工業(yè)廣場內(nèi)，通風(fēng)良好,周圍無廢石場、煙囪、礦山出風(fēng)井，便于供水供電，站房內(nèi)空壓機(jī)單排布置，與墻壁距離2 m以上，設(shè)備之間通道凈距2 m以上。壓風(fēng)機(jī)站內(nèi)安裝有5臺往復(fù)活塞式空壓機(jī)和一臺螺桿式空壓機(jī)，總供風(fēng)能力為585.5 m3/min。

5臺往復(fù)活塞式空壓機(jī)型號為2D12-100/8，由兩級缸體組成，公稱容積流量為100 m3/min，額定排氣壓力為0.8 MPa。另一臺螺桿式空壓機(jī)為美國壽力公司的TS32S-600H，該空壓機(jī)由兩級缸體組成，公稱容積流量為85.5 m3/min，額定排氣壓力為0.8 MPa。

每臺空壓機(jī)都配有進(jìn)氣過濾器(濾風(fēng)器)、冷卻裝置、各種監(jiān)測調(diào)節(jié)儀表和一個(gè)儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐內(nèi)裝有油水分離器。空氣進(jìn)入空壓機(jī)前先經(jīng)濾風(fēng)器過濾雜質(zhì)，經(jīng)空壓機(jī)一級壓縮后進(jìn)行水冷卻，再經(jīng)二級壓縮和后冷卻后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，在儲(chǔ)氣罐內(nèi)油水分離器過濾油水雜質(zhì)后經(jīng)主供風(fēng)管網(wǎng)送往井下。

在305、355中段各安裝有2臺瑞典阿特拉斯.柯普柯公司生產(chǎn)的GA90PA-7.5螺桿式空壓機(jī)，該空壓機(jī)公稱容積流量為16 m3/min，電機(jī)額定功率為90 kW。其管路在東副井井筒側(cè)通過DN100閘閥與主供氣站往東副井井筒的Φ125 mm管路相連接。當(dāng)風(fēng)壓不夠時(shí)，4臺空壓機(jī)自動(dòng)壓風(fēng)補(bǔ)充供風(fēng)。

1.2 供風(fēng)管路

供風(fēng)管路主要有兩個(gè)分支，分別為2#豎井供風(fēng)系統(tǒng)和東副井供風(fēng)系統(tǒng)。2#豎井供風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)區(qū)域?yàn)?55 m以上中段(含355 m中段)。地面壓風(fēng)機(jī)房壓風(fēng)后通過Φ373 mm管路沿2#豎井井筒向下供風(fēng)，在505,455,430,405,392 m和355 m等中段2#豎井碼頭門處接風(fēng)支管沿平巷供各中段用風(fēng)，風(fēng)量大小由控制閘閥(控制閥的位置)進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中505 m供風(fēng)支管經(jīng)平巷沿斜坡道往上向570，584，598，613 m和625 m等區(qū)域供風(fēng)。

東副井供風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)區(qū)域?yàn)?05 m中段和255 m中段。地面壓風(fēng)機(jī)房壓風(fēng)后通過Φ150 mm管路沿東副井井筒向下供風(fēng)，在305 m和255 m中段碼頭門處接Φ125 mm支管沿平巷向各中段供風(fēng)，風(fēng)量大小由控制閘閥(控制閥的位置)進(jìn)行調(diào)節(jié)。銅坑礦供風(fēng)系統(tǒng)主管路如圖1所示。

圖1 供風(fēng)系統(tǒng)主管路示意

2 壓風(fēng)自救系統(tǒng)方案

銅坑礦擁有較為完善的供氣系統(tǒng)，空壓機(jī)站風(fēng)源質(zhì)量良好，每個(gè)儲(chǔ)氣罐內(nèi)均安裝了油水分離器，能在10 min內(nèi)啟動(dòng)，井下供氣管道鋪設(shè)到主要硐室和各采掘作業(yè)點(diǎn)，可滿足壓風(fēng)自救系統(tǒng)要求。在現(xiàn)有供風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，使其具有壓風(fēng)自救功能。

2.1 供風(fēng)能力核算

當(dāng)井下發(fā)生井下災(zāi)害等特殊情況時(shí)，井下風(fēng)動(dòng)設(shè)備無法立刻停止運(yùn)行，對壓風(fēng)機(jī)站同時(shí)供應(yīng)生產(chǎn)和壓風(fēng)自救的供風(fēng)能力進(jìn)行核算。銅坑礦生產(chǎn)用氣量一般為180 m3/min。同時(shí)使用壓風(fēng)系統(tǒng)的最大人數(shù)為750人。根據(jù)國家供風(fēng)自救系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范要求，供風(fēng)量每人不低于Pi=0.3 m3/min。

Qmax*=1.05×Kg×Kl×N×Pi+Qmax

=1.05×1.13×1.20×750×0.3+180

=500.4m3/min

式中：Kg—高原修正系數(shù),1.13；

Kl—管網(wǎng)漏氣系數(shù),1.20；

N—井下同時(shí)作業(yè)最多人數(shù),750人。

地面壓風(fēng)機(jī)站總供風(fēng)能力為585.5 m3/min，完全能滿足生產(chǎn)和壓風(fēng)自救的需要。井下發(fā)生災(zāi)變需要使用壓風(fēng)自救系統(tǒng)時(shí)，只需要將所有空壓機(jī)開啟就可以滿足需求。

2.2 供風(fēng)壓力核算

根據(jù)國家供風(fēng)自救系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范要求，用風(fēng)點(diǎn)出口風(fēng)壓應(yīng)為0.1～0.3 MPa，壓力大于0.3 MPa時(shí)，壓風(fēng)自救裝置可將壓力減為0.1～0.3 MPa。只需核算用風(fēng)點(diǎn)最小出口風(fēng)壓，選取最遠(yuǎn)的壓風(fēng)管路進(jìn)行供氣壓力核算。根據(jù)作業(yè)點(diǎn)分布和井下供風(fēng)管路鋪設(shè)情況，確定到255 m中段為供風(fēng)最遠(yuǎn)一路管道：壓風(fēng)機(jī)站→東副井→305水平→2#盲斜井→255水平→距2#盲斜井口最遠(yuǎn)作業(yè)點(diǎn)。該管道中各管段的壓力損失由下式計(jì)算：

式中:di—該管段標(biāo)準(zhǔn)管徑，m；

li—考慮局部損失在內(nèi)的該管段折算長度，折算系數(shù)取1.151 m/m；

Qi—通過管段的空氣流量(自由狀態(tài))，m3/min。

設(shè)管徑為150 mm的管段為A段，125 mm的為B段。經(jīng)計(jì)算，經(jīng)過各管段的參數(shù)如表1所示。

表1 各管段壓力參數(shù)

總壓力損失ΔP為各管段壓力損失之和，此最遠(yuǎn)一路管道有n段管道組成，即：

則ΔP=0.03091 MPa

則供風(fēng)最遠(yuǎn)用氣點(diǎn)壓力為：

P=PH-ΔP=0.76909 MPa

式中：PH為空壓機(jī)額定排氣壓力，MPa。

從計(jì)算結(jié)果可知，最遠(yuǎn)點(diǎn)用氣壓力為0.77 MPa，(局部區(qū)域因管徑小于125 mm，但從銅坑實(shí)際使用情況調(diào)查，井下用氣壓力一般在0.3～0.7 MPa之間)，用氣點(diǎn)出風(fēng)壓力大于規(guī)范要求的最小壓力0.1 MPa，無需安裝增壓設(shè)備，只需采用壓風(fēng)自救裝置自行減壓即可。

2.3 壓風(fēng)管網(wǎng)鋪設(shè)

銅坑礦現(xiàn)有壓風(fēng)管道大部分采用有縫鋼管，少部分采用PE塑料管，與供水管道并行敷設(shè)于井巷同側(cè)，且牢固平直。供風(fēng)管道已鋪設(shè)至各中段、分段采掘作業(yè)場所和各主要硐室。對部分老化失修或管材不符合要求的管道進(jìn)行更換，對部分風(fēng)管被拆除的區(qū)域增設(shè)管路，即可滿足壓風(fēng)自救系統(tǒng)要求。各中段整改或增設(shè)的管路長度見表2。

根據(jù)建設(shè)要求，井下供風(fēng)管道上需安裝三通及閥門。三通及閥門的安設(shè)原則為：各主要生產(chǎn)中段和分段進(jìn)風(fēng)巷道的壓風(fēng)管道上每隔300 m應(yīng)安設(shè)一組三通及閥門；獨(dú)頭掘進(jìn)巷道距掘進(jìn)工作面80 m處的壓風(fēng)管道上應(yīng)安設(shè)一組三通及閥門，向外每隔300 m應(yīng)安設(shè)一組三通及閥門；爆破時(shí)撤離人員集中地點(diǎn)的壓風(fēng)管道上應(yīng)安設(shè)一組三通及閥門。銅坑礦在255中段設(shè)置緊急避險(xiǎn)硐室，布置在214-1#～216#線之間。安裝建設(shè)要求，將直徑為100 mm的風(fēng)管接入避險(xiǎn)硐室，并安裝三通及閘閥，在避險(xiǎn)硐室安裝足夠避險(xiǎn)人員使用的壓風(fēng)自救裝置，壓風(fēng)自救裝置具有減壓功能，避險(xiǎn)人員可直接使用壓風(fēng)自救裝置進(jìn)行自救。

表2 供風(fēng)管路整改長度統(tǒng)計(jì)表 m

2.4 壓風(fēng)自救裝置的選擇與安裝

壓縮空氣自救裝置是一種固定在生產(chǎn)場所附近的固定自救裝置，它的氣源來自于生產(chǎn)動(dòng)力系統(tǒng)——壓縮空氣管路系統(tǒng)。由于管路內(nèi)的壓縮空氣具有較高的壓力和流量，不能直接用于呼吸，必須經(jīng)過減壓、節(jié)流使其達(dá)到適宜人體呼吸的壓力和流量值，并要同時(shí)解決消聲(由于減壓引起)和空氣凈化問題。通過可調(diào)式氣流閥調(diào)節(jié)節(jié)流面積，以適應(yīng)不同供風(fēng)壓力下的流量要求，供風(fēng)量每人不低于0.3m3/min。

比較ZY-J型、ZYJ(A)型和ZY—M型三種自救裝置，ZY-J型簡單方便，價(jià)格低廉，ZYJ(A)型是在ZY-J型上改進(jìn)的，舒適度與實(shí)用性更強(qiáng)，并且設(shè)計(jì)樣式與ZY—M型相似。所以在不考慮成本因素的情況下，優(yōu)選ZYJ(A)型壓風(fēng)自救裝置，每組自救裝置可供6人使用。該裝置外表面光滑、無毛刺，表面鍍層均勻、牢固，避災(zāi)人員在使用時(shí)，無刺痛和壓迫感。ZYJ(A)型壓風(fēng)自救裝置的相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表3。本裝置一箱六組，能同時(shí)提供6人使用。采用輕型呼吸面罩直接帶在嘴上進(jìn)行呼吸，還具有穩(wěn)定調(diào)節(jié)壓力、手動(dòng)流量調(diào)節(jié)、三級消音、過濾、排水、防塵等6種功能。通過該裝置輸送新鮮空氣，使避災(zāi)人員能長時(shí)間呼吸輕松，達(dá)到安全避災(zāi)，穩(wěn)定工作情緒的目的，并且方便工人了解周圍情況的變化，有利于安全避災(zāi)。

壓風(fēng)自救系統(tǒng)及裝置要安裝在地點(diǎn)寬敞、支護(hù)良好的人行道側(cè)。在井下要有明顯的標(biāo)志，個(gè)體自救設(shè)施色彩要明亮，便于遇險(xiǎn)礦工在緊急情況下尋找。包括壓風(fēng)管路、硐室風(fēng)門應(yīng)為白色或黃色或黏貼熒光帶，并設(shè)置指示牌。指示牌標(biāo)明自救設(shè)施的位置、數(shù)量，便于避難人員做出決定。壓風(fēng)自救裝置下面要便于人員站立、?？浚坏糜兴疁蠠o蓋板或蓋板不齊全的現(xiàn)象。接入避難硐室的裝置，要考慮座椅及?？康攸c(diǎn)的高度及位置，安裝壓風(fēng)自救系統(tǒng)裝置。壓風(fēng)自救裝置閥門扳手要同一方向且平行于巷道，裝置零部件的連接應(yīng)牢固、可靠，自救裝置上的礦塵要及時(shí)清理，裝置下面或管路上不得堆放雜物。

在人員疏散集中地、避險(xiǎn)設(shè)施等主要地點(diǎn)應(yīng)安設(shè)壓風(fēng)自救裝置，有毒有害氣體涌出的獨(dú)頭掘進(jìn)巷道距掘進(jìn)工作面不大于100 m處的壓風(fēng)管道上應(yīng)安設(shè)壓風(fēng)自救裝置。所以選擇避難硐室、各中段馬頭門和有毒有害氣體涌出的獨(dú)頭掘進(jìn)巷道作為壓風(fēng)自救裝置的安裝點(diǎn)。根據(jù)礦山安全規(guī)定，井下安裝的壓風(fēng)自救裝置的個(gè)數(shù)不得少于井下人員的三分之一。據(jù)銅坑礦歷年統(tǒng)計(jì)，同時(shí)下井人數(shù)最多在750人左右，則壓風(fēng)自救裝置不能少于42組(一組6套)。避難硐室(設(shè)計(jì)容量80人)安裝15組，各主要硐室(油庫、炸藥庫、主變電室)附近下風(fēng)側(cè)各安置3組，計(jì)15組，獨(dú)頭掘進(jìn)巷道(455 m28-2、190#脈、長峰大巷、255和305東端獨(dú)頭面)各安裝3組，計(jì)15組，合計(jì)45組。

3 結(jié) 論

在滿足國家強(qiáng)制性要求的前提下，結(jié)合銅坑礦實(shí)際，盡可能利用現(xiàn)有的供風(fēng)系統(tǒng)，快速有效地完成了井下供風(fēng)自救系統(tǒng)的建設(shè)。

(1) 系統(tǒng)建設(shè)效果好、投資少、便于施工和維護(hù)。

(2) 供風(fēng)能力校核時(shí)，充分考慮了井下發(fā)生災(zāi)變時(shí)生產(chǎn)用風(fēng)無法立即停止的情況，供風(fēng)能力仍然達(dá)到要求。

(3) 壓風(fēng)自救系統(tǒng)保障了井下作業(yè)人員的安全，特別是細(xì)脈帶礦體二氧化硫逸出中段的作業(yè)人員安全。

表3 ZYJ(A)型壓風(fēng)自救裝置技術(shù)參數(shù)

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